El hallazgo que cambia la biología: demuestran por primera vez que el ADN humano es capaz de auto repararse

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Cuando sufre un da√Īo importante, el n√ļcleo del ser humano es capaz de poner en marcha una ¬ęmaquinaria¬Ľ celular de enzimas antioxidantes que van al rescate, seg√ļn demuestra por primera vez, una investigaci√≥n realizada por cient√≠ficos de Espa√Īa y Austria

Demuestran por primera vez que el ADN humano es capaz de autorepararse.

Madrid

Este nuevo descubrimiento cient√≠fico supone un profundo cambio en el campo de la biolog√≠a y, adem√°s, tendr√° grandes ventajas, por ejemplo, en la lucha contra el c√°ncer. El n√ļcleo del ser humano es metab√≥licamente activo, seg√ļn los hallazgos de una nueva investigaci√≥n realizada por cient√≠ficos espa√Īoles, que trabajan en el Centro de Regulaci√≥n Gen√≥mica de Barcelona, y por investigadores de la Universidad de Medicina de Viena.

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Estos cient√≠ficos han demostrado que, cuando se produce un da√Īo generalizado del ADN, el n√ļcleo se protege a s√≠ mismo al poner en marcha una maquinaria mitocondrial que es capaz de ejecutar reparaciones urgentes para poder as√≠ mantener la integridad del genoma. Estos hallazgos representan un cambio de paradigma, porque hist√≥ricamente se ha considerado que el n√ļcleo era ‚Äúmetab√≥licamente inerte‚ÄĚ, ya que importaba todas sus necesidades a trav√©s de cadenas de suministro en el citoplasma.

Y la buena noticia es que este nuevo descubrimiento puede ayudar a guiar futuras l√≠neas de investigaci√≥n del c√°ncer al ofrecer nuevas pistas para superar la resistencia a los medicamentos y, finalmente, el dise√Īo de nuevos tratamientos.

Maquinaria celular

Una c√©lula humana t√≠pica es metab√≥licamente activa, porque produce reacciones qu√≠micas que convierten los nutrientes en energ√≠a y productos √ļtiles que sustentan la vida. Estas reacciones tambi√©n crean especies reactivas de ox√≠geno, subproductos peligrosos como el per√≥xido de hidr√≥geno que da√Īan los componentes b√°sicos del ADN de la misma manera que el ox√≠geno y el agua corroen el metal y forman √≥xido. As√≠ como los edificios colapsan por el efecto acumulativo del √≥xido, las especies reactivas de ox√≠geno amenazan la integridad del genoma.

Se cree que las c√©lulas equilibran delicadamente sus necesidades energ√©ticas y evitan da√Īar el ADN al contener la actividad metab√≥lica fuera del n√ļcleo y dentro del citoplasma y las mitocondrias. Las enzimas antioxidantes se implementan para eliminar las especies reactivas de ox√≠geno en su origen antes de que lleguen al ADN, una estrategia defensiva que protege a los aproximadamente 3 mil millones de nucle√≥tidos de sufrir mutaciones potencialmente catastr√≥ficas.

Crisis en el ADN

Pero, si de todos modos se produce da√Īo en el ADN, las c√©lulas se detienen moment√°neamente y realizan reparaciones, sintetizando nuevos componentes b√°sicos y llenando los vac√≠os. A pesar del papel central del metabolismo celular en el mantenimiento de la integridad del genoma, no ha habido ning√ļn estudio sistem√°tico e imparcial sobre c√≥mo las perturbaciones metab√≥licas afectan el proceso de da√Īo y reparaci√≥n del ADN.

Esto es particularmente importante para enfermedades como el cáncer, que se caracteriza por su capacidad para secuestrar procesos metabólicos para un crecimiento sin restricciones.

Un equipo de investigaci√≥n liderado por Sara Sdelci en el Centro de Regulaci√≥n Gen√≥mica (CRG) en Barcelona y Joanna Loizou en el Centro de Investigaci√≥n de Medicina Molecular de la Academia de Ciencias de Austria en Viena y la Universidad M√©dica de Viena abord√≥ este desaf√≠o llevando a cabo varios experimentos para identificar qu√© enzimas y procesos metab√≥licos son esenciales para la respuesta al da√Īo del ADN de una c√©lula. Los hallazgos se publican hoy en la revista ‚ÄúMolecular Systems Biology‚ÄĚ.

Pruebas

Los investigadores indujeron experimentalmente da√Īos en el ADN en l√≠neas celulares humanas utilizando un medicamento de quimioterapia com√ļn conocido como etop√≥sido. El etop√≥sido act√ļa rompiendo cadenas de ADN y bloqueando una enzima que ayuda a reparar el da√Īo.

Sorprendentemente, la inducci√≥n de da√Īo en el ADN produjo una regeneraci√≥n y acumulaci√≥n de especies reactivas de ox√≠geno dentro del n√ļcleo. Los investigadores observaron que las enzimas respiratorias celulares, una fuente importante de especies reactivas de ox√≠geno, se trasladaron de la mitocondria al n√ļcleo en respuesta al da√Īo del ADN.

Los hallazgos representan un cambio de paradigma en la biolog√≠a celular porque sugiere que el n√ļcleo es metab√≥licamente activo.

‚ÄúDonde hay humo, hay fuego, y donde hay especies reactivas de ox√≠geno, hay enzimas metab√≥licas en acci√≥n. Hist√≥ricamente, hemos pensado en el n√ļcleo como un org√°nulo metab√≥licamente inerte que importa todas sus necesidades del citoplasma, pero nuestro estudio demuestra que existe otro tipo de metabolismo en las c√©lulas y se encuentra en el n√ļcleo‚ÄĚ, explica la doctora Sara Sdelci, investigadora l√≠der en el Centro de Regulaci√≥n Gen√≥mica.

Los investigadores tambi√©n utilizaron CRISPR-Cas9 para identificar todos los genes metab√≥licos que eran importantes para la supervivencia celular en este escenario. Estos experimentos revelaron que las c√©lulas ordenan a la enzima PRDX1, una enzima antioxidante que tambi√©n se encuentra normalmente en las mitocondrias, que viaje al n√ļcleo y elimine las especies reactivas de ox√≠geno presentes para evitar da√Īos mayores. Tambi√©n se descubri√≥ que PRDX1 repara el da√Īo al regular la disponibilidad celular de aspartato, una materia prima que es fundamental para sintetizar nucle√≥tidos, los componentes b√°sicos del ADN.

‚ÄúPRDX1 es como un limpiador de piscinas rob√≥tico. Se sabe que las c√©lulas lo usan para mantener su interior limpio y evitar la acumulaci√≥n de especies reactivas de ox√≠geno, pero nunca antes a nivel nuclear. Esto es una evidencia de que, en un estado de crisis, el n√ļcleo responde apropi√°ndose de la maquinaria mitocondrial y establece una pol√≠tica de emergencia de r√°pida industrializaci√≥n‚ÄĚ, asegura la doctora Sdelci.

Aplicaciones médicas

Estos hallazgos pueden guiar futuras l√≠neas de investigaci√≥n del c√°ncer. Algunos medicamentos contra el c√°ncer, como el etop√≥sido utilizado en este estudio, destruyen las c√©lulas tumorales al da√Īar su ADN e inhibir el proceso de reparaci√≥n. Si se acumula suficiente da√Īo, la c√©lula cancerosa inicia un proceso en el que se autodestruye.

Durante sus experimentos, los investigadores descubrieron que la eliminación de genes metabólicos críticos para la respiración celular, el proceso que genera energía a partir del oxígeno y los nutrientes, hizo que las células sanas normales se volvieran resistentes al etopósido.

De hecho, la doctora Joanna Loizou, de la Universidad de Viena, destaca que ‚Äúhemos aprendido c√≥mo se entrelazan los dos procesos celulares fundamentales de reparaci√≥n y metabolismo del ADN y nuestros hallazgos arrojan luz sobre c√≥mo la orientaci√≥n de estas dos v√≠as en el c√°ncer podr√≠a mejorar los resultados terap√©uticos para los pacientes‚ÄĚ.

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